CN101328045A - 低等级公路用混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低等级公路用混凝土，由胶凝材料、砂石材料、水和硫酸钠制成；其中胶凝材料由水泥、电石渣和粉煤灰组成，水泥的质量百分比为所述胶凝材料的35－45％，其余为电石渣和粉煤灰，电石渣与粉煤灰质量比为1∶2.7－3.3；各组分配比如下：胶凝材料9－10重量份、砂石材料35－37重量份、水3.2－4重量份、硫酸钠的用量为电石渣和粉煤灰质量之和的3.25－3.75％；本发明还公开了这种混凝土的制备方法，包括制备混凝土拌和物的步骤、采用碾压工艺施工的步骤和养护的步骤。

Description

低等级公路用混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及建设建筑材料技术领域，具体涉及一种混凝土材料及其制备方法，特别适用于用于低等级公路路面面层。
背景技术
低等级公路(二级以下公路)是全国公路的重要组成部分，数量大、分布广、占区域路网里程的绝大部分。路面结构型式主要是沥青表面处治、贯入式、沥青混凝土等半刚性基层沥青路面以及少量的柔性基层沥青路面和水泥混凝土路面。低等级公路采用水泥混凝土路面结构型式，传统的水泥混凝土路面，是以水泥作为胶结料的，造价较高。因此，降低工程造价、节省投资成为低等级公路建设中一个带有普遍性的问题。充分利用地方材料修筑公路，特别是工业固体废弃物，是减少建设成本的一种重要措施。由于具有技术简单、利用量大的特点，目前已有一些在公路工程建设中综合利用工业固体废弃物的尝试，但运用领域基本局限于用做各等级公路底的基层，或用于二级和二级以下较低等级公路的路面基层，例如，申请号为93117804.5的中国专利申请公开的《碱渣粉煤灰制回填土的方法》，又如申请号为200510072103.X的中国专利公开的《废碱渣代替生石灰配制公路路面结构层综合稳定土的方法》。然而现有技术中的这些利用工业固体废弃物制备的混凝土由于存在强度低的缺点，不能满足作为路面面层材料的要求，难以将其应用为路面主体材料。
发明内容
有鉴于此，为了解决上述问题，本发明提供了一种成本低、强度高的低等级公路用混凝土，可以将其作为低等级公路的路面主体材料。
本发明的目的是这样实现的：低等级公路用混凝土，由胶凝材料、砂石材料、水和硫酸钠制成；其中胶凝材料由水泥、电石渣和粉煤灰组成，水泥的质量百分比为所述胶凝材料的35-45％，其余为电石渣和粉煤灰，电石渣与粉煤灰质量比为1∶2.7-3.3；各组分配比如下：胶凝材料9-10重量份、砂石材料35-37重量份、水3.2-4重量份、硫酸钠的用量为电石渣和粉煤灰质量之和的3.25-3.75％。
进一步，所述电石渣中氧化钙含量为50％以上；
进一步，所述电石渣与粉煤灰的质量比为1∶3；
进一步，所述粉煤灰为II和III级粉煤灰；
进一步，硫酸钠的用量为电石渣和粉煤灰质量之和的3.5％。
砂石材料中砂和石子的比例根据其规格的不同，按现有公路混凝土技术中的配比即可，最佳的，其中砂的质量百分比为25-45％，其余为石子。
本发明还提供了一种低等级公路用混凝土的制备方法，包括如下步骤：
1)按前述低等级公路用混凝土的配比称取原料；
2)将电石渣与石子搅拌0.5-1分钟；
3)向步骤2)所得混合物中加入砂，搅拌0.5-1分钟；
4)向步骤3)所得混合物中加入水泥、粉煤灰和硫酸钠，搅拌1-1.5分钟；
5)向步骤4)所得混合物中加入水，拌和2-4分钟，制得混凝土拌和物。
进一步，还包括对混凝土拌和物碾压成型的步骤；
进一步，还包括对碾压成型后的混凝土保养的步骤。
本发明的机理：在氢氧化钙(Ca(OH)2)和硫酸盐的共同作用下，粉煤灰颗粒表面的活性二氧化硅(SiO2)产生水化反应生成水化硅酸钙(CSH)凝胶，活性氧化铝(Al2O3)产生水化反应生成钙矾石。NaSO4在系统中具有三个方面的重要作用，第一，硫酸根离子(SO4 2-)在Ca2+的共同作用下与夹杂在粉煤灰颗粒表面的偏铝酸根离子(AlO2 -)生成钙矾石。一开始粉煤灰颗粒的钙矾石晶体是针状的，随着水化反应的继续进行，这些晶体将长大成棒状钙矾石晶体，在粉煤灰颗粒表面形成空洞或缝隙，Ca2+就会通过这些空洞和缝隙吸附到粉煤灰颗粒表面，使粉煤灰水化继续进行。第二，SO4 2-能置换CSH凝胶中的部分硅酸根离子(SiO4 4-)，这种置换主要发生在粉煤灰颗粒表面凝胶包裹层的外围，被置换出的SiO4 4-游离出来，与包裹层外Ca2+又生成CSH。第三，NaSO4可提高活性氧化铝的溶解度，促进活性氧化铝的水化。由于粉煤灰的活性激发属二次水化反应，早期强度发展较慢，因此复合部分水泥将提高胶凝材料体系的早期强度，改善早期性能。
如上所述，本发明的混凝土材料具有比普通混凝土更好的长期性能，其强度增长在180d后仍然显著；由于本发明混凝土的胶凝体系采用硫酸盐作为激发剂，因此配制的混凝土对外界环境条件SO4 2-离子含量变化不敏感，比普通混凝土具有更好的抗硫酸盐侵蚀性能；此外，本发明采用工业固体废弃物电石渣和粉煤灰替代55-65％的水泥作为低等级公路筑路混凝土原料，避免了环境污染，节约土地资源，降低路面材料成本25-35％，现有的C30混凝土路面，通常造价在每立方米230元以上，但本发明的少水泥混凝土其成本仅在每立方米160元左右。
具体实施方式
以下将对本发明的优选实施例进行详细的描述。
低等级公路用混凝土，由胶凝材料、砂石材料、水和硫酸钠制成；其中胶凝材料由水泥、电石渣和粉煤灰组成，水泥的质量百分比为所述胶凝材料的35-45％，其余为电石渣和粉煤灰，电石渣与粉煤灰质量比为1∶2.7-3.3；各组分配比如下：胶凝材料9-10重量份、砂石材料35-37重量份、水3.2-4重量份、硫酸钠的用量为电石渣和粉煤灰质量之和的3.25-3.75％。砂石材料中砂和石子的比例根据其规格的不同，按现有公路混凝土技术中的配比即可，最佳的，其中砂的质量百分比为25-45％，其余为石子。
最佳的，所述水泥为普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥，等级为32.5或42.5。
最佳的，所述电石渣为新生产的电石渣，堆放时间不超过7天，其中氧化钙含量为50％以上。
最佳的，所述粉煤灰为II和III级粉煤灰。
最佳的，所述砂的粒径分布在0-5mm之间。
最佳的，所述石子的粒径分布在5-20mm之间，粒径分布在5-10mm之间的石子为石子总重量的30-40％。
以下给出本发明低等级公路用混凝土的几个实施例：
实施例1
本实施例的低等级公路用混凝土由如下原料制成：
胶凝材料500kg，其中42.5水泥175kg、其余为电石渣和III级粉煤灰，电石渣与粉煤灰质量比为1∶3；
砂石材料1750kg，其中砂的质量百分比为25％，其余为石子；
水200kg；
电石渣和粉煤灰质量之和的3.25％的硫酸钠。
本实施例采用的方法如下：
1)按上述比例称取原料。
2)将电石渣与石子搅拌0.5分钟；
3)向步骤2)所得混合物中加入砂，搅拌1分钟；
4)向步骤3)所得混合物中加入水泥、粉煤灰和硫酸钠，搅拌1.5分钟；
5)向步骤4)所得混合物中加入水，拌和4分钟，制得混凝土拌和物；
6)在修筑混凝土路面的施工工艺中，采用碾压工艺；采用碾压工艺能有效降低用水量，提高混凝土强度，减少路面收缩开裂，尽早开放路面交通；
7)混凝土初凝后立即进行养生，养生方法可以选择薄膜、稻草或细砂覆盖，如采用稻草养护，成型后的混凝土表面应在上面均匀铺一层稻草，若为干稻草，其松铺厚度大约为10～15cm。然后立即洒水保湿养生，保湿养生时间不能低于两周。另外，路段还应限制开放交通时间，一周内限制车辆通行，并且还需要限制重型货车等有可能使混凝土板破坏的车辆28天内禁止通过。
实施例2
本实施例的低等级公路用混凝土由如下原料制成：
胶凝材料450kg，其中42.5水泥157.5kg，其余为电石渣和III级粉煤灰，电石渣与粉煤灰质量比为1∶2.7；
砂石材料1850kg，其中砂的质量百分比为45％，其余为石子；
水160kg；
电石渣和粉煤灰质量之和的3.55％的硫酸钠。
本实施例采用的方法如下：
1)按上述比例称取原料。
2)将电石渣与石子搅拌1分钟；
3)向步骤2)所得混合物中加入砂，搅拌0.5分钟；
4)向步骤3)所得混合物中加入水泥、粉煤灰和硫酸钠，搅拌1分钟；
5)向步骤4)所得混合物中加入水，拌和2分钟，制得混凝土拌和物；
6)在修筑混凝土路面的施工工艺中，采用碾压工艺；采用碾压工艺能有效降低用水量，提高混凝土强度，减少路面收缩开裂，尽早开放路面交通；
7)混凝土初凝后立即进行养生，养生方法可以选择薄膜、稻草或细砂覆盖，如采用稻草养护，成型后的混凝土表面应在上面均匀铺一层稻草，若为干稻草，其松铺厚度大约为10～15cm。然后立即洒水保湿养生，保湿养生时间不能低于两周。另外，路段还应限制开放交通时间，一周内限制车辆通行，并且还需要限制重型货车等有可能使混凝土板破坏的车辆28天内禁止通过。
实施例3
本实施例的低等级公路用混凝土由如下原料制成：
胶凝材料480kg，其中32.5水泥168kg，其余为电石渣和III级粉煤灰，电石渣与粉煤灰质量比为1∶3.3；
砂石材料1800kg，其中砂的质量百分比为35％，其余为石子；
水180kg；
电石渣和粉煤灰质量之和的3.75％的硫酸钠。
本实施例采用的方法如下：
1)按上述比例称取原料。
2)将电石渣与石子搅拌0.8分钟；
3)向步骤2)所得混合物中加入砂，搅拌0.8分钟；
4)向步骤3)所得混合物中加入水泥、粉煤灰和硫酸钠，搅拌1.2分钟；
5)向步骤4)所得混合物中加入水，拌和3分钟，制得混凝土拌和物；
6)在修筑混凝土路面的施工工艺中，采用碾压工艺；采用碾压工艺能有效降低用水量，提高混凝土强度，减少路面收缩开裂，尽早开放路面交通；
7)混凝土初凝后立即进行养生，养生方法可以选择薄膜、稻草或细砂覆盖，如采用稻草养护，成型后的混凝土表面应在上面均匀铺一层稻草，若为干稻草，其松铺厚度大约为10～15cm。然后立即洒水保湿养生，保湿养生时间不能低于两周。另外，路段还应限制开放交通时间，一周内限制车辆通行，并且还需要限制重型货车等有可能使混凝土板破坏的车辆28天内禁止通过。
实施例4
本实施例的低等级公路用混凝土由如下原料制成：
胶凝材料500kg，其中32.5水泥225kg，其余为电石渣和II级粉煤灰，电石渣与粉煤灰质量比为1∶3.1；
砂石材料1750kg，其中砂的质量百分比为30％，其余为石子；
水170kg；
电石渣和粉煤灰质量之和的3.5％的硫酸钠。
本实施例采用的方法如下：
1)按上述比例称取原料。
2)将电石渣与石子搅拌0.6分钟；
3)向步骤2)所得混合物中加入砂，搅拌1分钟；
4)向步骤3)所得混合物中加入水泥、粉煤灰和硫酸钠，搅拌1.5分钟；
5)向步骤4)所得混合物中加入水，拌和4分钟，制得混凝土拌和物；
6)在修筑混凝土路面的施工工艺中，采用碾压工艺；采用碾压工艺能有效降低用水量，提高混凝土强度，减少路面收缩开裂，尽早开放路面交通；
7)混凝土初凝后立即进行养生，养生方法可以选择薄膜、稻草或细砂覆盖，如采用稻草养护，成型后的混凝土表面应在上面均匀铺一层稻草，若为干稻草，其松铺厚度大约为10～15cm。然后立即洒水保湿养生，保湿养生时间不能低于两周。另外，路段还应限制开放交通时间，一周内限制车辆通行，并且还需要限制重型货车等有可能使混凝土板破坏的车辆28天内禁止通过。
实施例5
本实施例的低等级公路用混凝土由如下原料制成：
胶凝材料460kg，其中32.5水泥207kg，其余为电石渣和III级粉煤灰，电石渣与粉煤灰质量比为1∶3.2；
砂石材料1800kg，其中砂的质量百分比为40％，其余为石子；
水190kg；
电石渣和粉煤灰质量之和的3.4％的硫酸钠。
本实施例采用的方法如下：
1)按上述比例称取原料。
2)将电石渣与石子搅拌1分钟；
3)向步骤2)所得混合物中加入砂，搅拌0.7分钟；
4)向步骤3)所得混合物中加入水泥、粉煤灰和硫酸钠，搅拌1分钟；
5)向步骤4)所得混合物中加入水，拌和3分钟，制得混凝土拌和物；
6)在修筑混凝土路面的施工工艺中，采用碾压工艺；采用碾压工艺能有效降低用水量，提高混凝土强度，减少路面收缩开裂，尽早开放路面交通；
7)混凝土初凝后立即进行养生，养生方法可以选择薄膜、稻草或细砂覆盖，如采用稻草养护，成型后的混凝土表面应在上面均匀铺一层稻草，若为干稻草，其松铺厚度大约为10～15cm。然后立即洒水保湿养生，保湿养生时间不能低于两周。另外，路段还应限制开放交通时间，一周内限制车辆通行，并且还需要限制重型货车等有可能使混凝土板破坏的车辆28天内禁止通过。
实施例6
本实施例的低等级公路用混凝土由如下原料制成：
胶凝材料450kg，其中42.5水泥180kg，其余为电石渣和II级粉煤灰，电石渣与粉煤灰质量比为1∶2.8；
砂石材料1850kg，其中砂的质量百分比为35％，其余为石子；
水180kg；
电石渣和粉煤灰质量之和的3.3％的硫酸钠。
本实施例采用的方法如下：
1)按上述比例称取原料。
2)将电石渣与石子搅拌0.5分钟；
3)向步骤2)所得混合物中加入砂，搅拌1分钟；
4)向步骤3)所得混合物中加入水泥、粉煤灰和硫酸钠，搅拌1.5分钟；
5)向步骤4)所得混合物中加入水，拌和4分钟，制得混凝土拌和物；
6)在修筑混凝土路面的施工工艺中，采用碾压工艺；采用碾压工艺能有效降低用水量，提高混凝土强度，减少路面收缩开裂，尽早开放路面交通；
7)混凝土初凝后立即进行养生，养生方法可以选择薄膜、稻草或细砂覆盖，如采用稻草养护，成型后的混凝土表面应在上面均匀铺一层稻草，若为干稻草，其松铺厚度大约为10～15cm。然后立即洒水保湿养生，保湿养生时间不能低于两周。另外，路段还应限制开放交通时间，一周内限制车辆通行，并且还需要限制重型货车等有可能使混凝土板破坏的车辆28天内禁止通过。
分别按上述实施例中制得的混凝土分别具有如下强度参数：
实施例1
7d抗折强度2.42MPa、抗压强度14.50MPa；28d抗折强度3.61MPa、抗压强度21.42MPa；180d抗折强度4.57MPa、抗压强度32.35MPa。
实施例2
28d抗折强度3.68MPa、抗压强度21.67MPa；180d抗折强度4.63MPa、抗压强度32.50MPa。
实施例3
28d抗折强度3.72MPa、抗压强度19.80MPa；180d抗折强度4.71MPa、抗压强度32.40Mpa
实施例4
28d抗折强度3.98MPa、抗压强度24.80MPa；180d抗折强度4.75MPa、抗压强度35.10MPa。
实施例5
28d抗折强度3.37MPa、抗压强度20.57MPa；180d抗折强度4.25MPa、抗压强度31.64MPa。
实施例6
28d抗折强度3.87MPa、抗压强度22.10MPa；180d抗折强度4.35MPa、抗压强度31.95MPa。

Claims (8)

1.低等级公路用混凝土，其特征在于：由胶凝材料、砂石材料、水和硫酸钠制成；其中胶凝材料由水泥、电石渣和粉煤灰组成，水泥的质量百分比为所述胶凝材料的35-45％，其余为电石渣和粉煤灰，电石渣与粉煤灰质量比为1∶2.7-3.3；各组分配比如下：胶凝材料9-10重量份、砂石材料35-37重量份、水3.2-4重量份、硫酸钠的用量为电石渣和粉煤灰质量之和的3.25-3.75％。
2.根据权利要求1所述的低等级公路用混凝土，其特征在于：所述电石渣中氧化钙含量为50％以上。
3.根据权利要求1所述的低等级公路用混凝土，其特征在于：所述粉煤灰为II或III级粉煤灰。
4.根据权利要求1所述的低等级公路用混凝土，其特征在于：所述电石渣与粉煤灰的质量比为1∶3。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的低等级公路用混凝土，其特征在于：硫酸钠的用量为电石渣和粉煤灰质量之和的3.5％。
6.如权利要求1所述低等级公路用混凝土的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1)按权利要求1所述配比称取原料；
2)将电石渣与石子搅拌0.5-1分钟；
3)向步骤2)所得混合物中加入砂，搅拌0.5-1分钟；
4)向步骤3)所得混合物中加入水泥、粉煤灰和硫酸钠，搅拌1-1.5分钟；
5)向步骤4)所得混合物中加入水，拌和2-4分钟，制得混凝土拌和物。
6.根据权利要求5所述的所述低等级公路用混凝土制备方法，其特征在于：还包括对混凝土拌和物碾压成型的步骤。
7.根据权利要求6所述的所述低等级公路用混凝土制备方法，其特征在于：还包括对碾压成型后的混凝土保养的步骤。
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